隨著結(jié)構(gòu)生物學(xué)、計(jì)算生物學(xué)以及人工智能計(jì)算的飛速發(fā)展，基于理性的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為食品蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及功能改造提供了高效的途徑。蛋白質(zhì)生物分子在催化、營(yíng)養(yǎng)遞送和食品保藏等領(lǐng)域能夠發(fā)揮重要的作用，通過(guò)蛋白質(zhì)理性設(shè)計(jì)可以有效地改變蛋白質(zhì)分子的理化性質(zhì)和功能，并極大地促進(jìn)功能性蛋白質(zhì)分子在食品科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。   　　近日，西南大學(xué)川渝共建特色食品重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張宇昊教授和陳海副教授綜述了基于理性設(shè)計(jì)的功能性蛋白結(jié)構(gòu)研究進(jìn)展及其在食品科學(xué)中的應(yīng)用。本文介紹了蛋白質(zhì)折疊和組裝的基本原理以及蛋白質(zhì)理性設(shè)計(jì)的原則和策略，同時(shí)重點(diǎn)討論了蛋白質(zhì)理性設(shè)計(jì)在食品科學(xué)領(lǐng)域中的最新研究進(jìn)展，從酶的改造、籠狀蛋白質(zhì)制備和抗菌肽的優(yōu)化等方面進(jìn)行了綜述，并提出了基于蛋白質(zhì)理性設(shè)計(jì)策略制備性能優(yōu)良的蛋白質(zhì)生物分子所面臨的挑戰(zhàn)以及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。   　　根據(jù)綜述內(nèi)容可知，蛋白質(zhì)所具有的功能很大程度上取決于其內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)，通過(guò)理性的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和改造可以賦予蛋白質(zhì)特殊的功能特性。目前，蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法主要包括經(jīng)驗(yàn)性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)、計(jì)算機(jī)輔助蛋白重設(shè)計(jì)以及從頭設(shè)計(jì)。其中，與經(jīng)驗(yàn)性的蛋白結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相比，計(jì)算輔助設(shè)計(jì)的方法可以極大地減少實(shí)驗(yàn)工作量，增加成功的機(jī)會(huì)。另外，由于蛋白質(zhì)折疊機(jī)制以及結(jié)構(gòu)功能之間的關(guān)系十分復(fù)雜，從頭設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)仍然面臨巨大挑戰(zhàn)。   　　雖然蛋白質(zhì)理性設(shè)計(jì)為食品功能蛋白質(zhì)的制備提供了可能，但仍然存在一些需要解決的問(wèn)題。首先，成本管理對(duì)食品生產(chǎn)尤為重要，因?yàn)榇蠖鄶?shù)設(shè)計(jì)的蛋白質(zhì)從工程菌株中獲得，其產(chǎn)量受到序列突變的高度影響，因此，提高產(chǎn)量、降低成本是解決目標(biāo)蛋白實(shí)際應(yīng)用的基礎(chǔ)，也是蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的重要因素。其次，由于蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)伴隨著對(duì)蛋白質(zhì)序列的修飾和改變，不可避免的會(huì)產(chǎn)生對(duì)人體可能有害的蛋白片段，因此，應(yīng)該重視全面系統(tǒng)的安全評(píng)價(jià)，尤其是對(duì)人們直接食用的食品蛋白質(zhì)。最后，在多組分復(fù)雜的食品體系中添加改造后的蛋白質(zhì)時(shí)，其穩(wěn)定性、活性或功能可能會(huì)受到食品復(fù)雜基質(zhì)的干擾，進(jìn)一步的探究也是必要的。   　　相關(guān)成果以“Advances in Rational Protein Engineering toward Functional Architectures and Their Applications in Food Science”為題目發(fā)表在ACS旗下的農(nóng)林科學(xué)領(lǐng)域國(guó)際頂級(jí)期刊Journal of Agricultural and Food Chemistry（Q1，IF：5.279）上。西南大學(xué)張宇昊教授為本文通訊作者，陳海副教授為第一作者及共同通訊作者。本研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2021YFD2100105），中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金項(xiàng)目（SWU120055，XDJK2019B028，XDJK2020B044），國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31972102，32072137，31901683，32001810）的資助。